Dimensionnement et gestion d'énergie de systèmes d'entraînements électriques hybrides : application à un ascenseur avec récupération d'énergie

• Auteur / Autrice : Damien Paire
• Direction : Abdellatif Miraoui
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'ingénieur
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Belfort-Montbéliard
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Physiques pour l'Ingénieur et Microtechniques (Besançon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Systèmes et Transports

Mots clés

Mots clés contrôlés

Conversion photovoltaïque

Électronique de puissance

Condensateurs électriques

Électricité

Alimentation en énergie

Mots clés libres

Gestion d'énergie

Système hybride

Superconducteurs

électronique de puissance

Solaire photovoltaïque

Récupération d'énergie

Résumé

Compte-tenu des défis énergétiques actuels, les systèmes électriques hybrides présentent un atout intéressant en vue d'une meilleure maîtrise de l'énergie, en particulier lors de l'usage de sources d'énergies renouvelables. Ces systèmes permettent de diversifier les sources afin de bénéficier de chacune d'entre elles en respectant leurs propres caractéristiques. Bien entendu, une stratégie de contrôle appropriée doit être mise en oeuvre afin de gérer efficacement l'énergie tout en respectant les caractéristiques et contraintes de chacun des composants (sources, charges) du système. De plus, pour des systèmes d'entraînement, l'électronique de puissance permet de récupérer l'énergie durant certaines phases de fonctionnement, évitant ainsi de la dissiper sous forme de chaleur. La présente étude a été appliquée à un système ascenseur alimenté par plusieurs sources. La première partie de ce mémoire expose les problèmes énergétiques auxquels nous devons faire face aujourd'hui (pénuries des ressources, efficacité énergétique) pour ensuite se focaliser sur les économies réalisables sur les ascenseurs européens. La structure générale de systèmes électriques hybrides est introduite avec des exemples d'applications. Dans une seconde partie, le dimensionnement du système a été réalisé afin de respecter le cahier des charges d'ascenseurs en termes de performances. De plus, nous avons ajouté diverses sources d'énergie ainsi que la possibilité d'effectuer des phases de récupération. Une modélisation de l'ensemble a permis de mettre au point une stratégie de contrôle pour ce système hybride. Les résultats de simulations ont été reproduits expérimentalement montrant des gains d'efficacité non négligeables. Une plateforme expérimentale a été construite afin de valider la stratégie de commande sur un système réel. Le contrôle s'effectue à l'aide de l'outil de prototypage rapide dSPACE, facilitant ainsi la modification de stratégie. Cette plateforme constitue ainsi un outil complet pour la commande de systèmes électriques hybrides en vue de la gestion d'énergie.

Given the current energy challenges, hybrid power systems present an interesting asset for better energy efficiency especially in the use of renewable energy sources. These kinds of systems combine several sources in order to supply correctly the load. With a proper control strategy, we can take advantage of each source according to their characteristics so as to manage the entire system. In addition, for traction systems, it is possible to recover energy during different operating phases thanks to power electronic, instead of dissipating this energy in heat. The present study was applied to an elevator system fed by several sources. The first part of this thesis outlines energy problems and focuses on the savings on lifts in European Union. Then, the general structure of hybrid power systems is introduced with application examples. In the second part, the design of the system was led to meet the specifications of real elevators in terms of performance. However, for this study, we have added to this system different energy sources and the possibility of recovering energy. The modeling of the overall system has been carried in order to develop a control strategy for this hybrid system. After encouraging simulation results, an experimental platform was built to validate the control strategy on a real system. Experimentations have been performed successfully. The control is implemented with the rapid prototyping tool, dSPACE that allows to modify easily the strategies. This platform is therefore a complete tool for controlling hybrid electric systems in order to apply different energy management strategies.